一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬表面復合涂層的制備技術，涉及一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金材料廣泛應用于航空、航天、建筑、汽車等諸多工業領域，是最為常用的金屬材料之一。但是大多數鋁合金的耐蝕性能不佳，在使用時一般都需要進行表面防護處理，如陽極氧化、化學氧化等。然而陽極氧化工藝盡管能夠提供良好的耐蝕膜層，但是對鋁合金基體的疲勞性能損害;化學氧化工藝一般都要用到六價鉻等危害環境和人體健康的物質。同時，陽極氧化、化學氧化膜層的耐磨性能一般，在有耐磨要求的情況下往往難以滿足。
[0003]有機硅氧烷和金屬醇鹽是溶膠-凝膠化學中兩類主要的前驅體物質，其中有機硅氧烷兼具有機與無機性質，在溶膠-凝膠化學中的應用十分廣泛。目前以有機硅氧烷和金屬醇鹽為主要成分的復合溶膠涂料參見下列文獻(摻雜納米粒子有機-無機復合涂層的疏水、防護性能，鄭順麗，李澄，李恒。Journal of Materials Protect1n，2012)。其缺點是:為達到耐磨效果，一般都向復合溶膠涂料中直接摻雜納米或微米顆粒，納米或微米顆粒與復合溶膠涂料的親和性往往不高，會產生團聚、分散性差等問題，影響最終涂層中顆粒分布的均勻性，進而降低其耐磨性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提出一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法，以便提高最終涂層中納米或微米顆粒分布的均勻性，進而提高最終涂層耐磨性。
[0005]本發明的技術方案是:一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料，其特征在于:它由有機硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液、有機聚合引發劑和溶劑組成;有機硅氧烷占復合溶膠涂料的體積百分比為20%?80%;金屬醇鹽催化劑占復合溶膠涂料的體積百分比為2%?10%;紫外活性溶液占復合溶膠涂料的體積百分比為2%?8%;有機聚合引發劑占復合溶膠涂料的體積百分比為0.1%?2%;余量為溶劑;所述的有機硅氧烷是下列物質其中之一或者它們的混合物:2-(3，4_環氧環己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4_環氧環己烷基)乙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基甲基二乙氧基硅烷、1，2-雙(三甲氧基硅基)乙烷、1，2-雙(三乙氧基硅基)乙烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯;所述的金屬醇鹽是正丁醇鈦、異丁醇鈦、異丙醇鈰、正丁醇釔、異丁醇釔、正丙醇鋯、異丙醇鋯;所述的催化劑是乙酸、乙二酸、檸檬酸或乙酰丙酮;所述的紫外活性溶液是氯金酸溶液或氯鉑酸溶液;所述的有機聚合引發劑是下列物質其中之一或者它們的混合物:甲基咪唑、二亞甲基三胺、乙二胺、Ν-胺基乙基-哌嗪、偶氮二異丁氰;所述的溶劑是下列物質其中之一或者它們的混合物:甲醇、乙醇、丙醇、去離子水。
[0006]如上面所述的復合溶膠涂料的合成方法，其特征在于:制備的步驟是:
[0007]1、備料:按照比例量取有機硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液和溶劑；
[0008]2、配制有機硅氧烷溶膠:將有機硅氧烷加入到溶劑中，加熱到10°C?50°C，攪拌至少lh;
[0009]3、配制金屬醇鹽溶膠:首先將催化劑加入到溶劑中，再加入金屬醇鹽，攪拌至少lh；
[0010]4、混合有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠:混合有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠，攪拌至少2h;然后靜置老化48h?72h;
[0011]5、配制紫外活性溶液:將氯金酸或氯鉑酸加入到乙醇中，攪拌至少2h;
[0012]6、配制復合溶膠涂料:將有機聚合引發劑、紫外活性溶液加入到有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠混合溶膠中，攪拌至少lh。
[0013]采用如上面所述的復合溶膠涂料進行涂覆的方法，其特征在于:涂覆的步驟是:
[0014]1、清洗鋁合金工件上的待涂覆表面:采用丙酮或乙醇清洗鋁合金工件上的待涂覆表面，保證表面水膜連續30s以上，然后采用潔凈的壓縮空氣吹干；
[0015]2、涂覆涂料:采用浸涂法，將鋁合金工件浸漬于復合溶膠涂料中，浸漬時間為
0.5min?lOmin，取出招合金工件在室溫條件下干燥60min?120min，或在60°C?80°C的鼓風式空氣烘箱中干燥lOmin?20min;按照上述方法重復涂覆1?4次；
[0016]3、涂層干燥:將涂覆后的鋁合金工件放入60°C?80°C的鼓風式空氣烘箱中干燥60min?180min，然后取出在紫外光下照射10s?60s，紫外光的光譜為350nm?450nm;招合金工件到紫外燈的距離為5cm?20cm;最后放入100°C?120°C的鼓風式空氣烘箱中干燥30min?60mino
[0017]本發明的優點是:提出了一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料、其制備方法及涂覆方法，大大提高了最終涂層中納米或微米顆粒分布的均勻性，進而提高了最終涂層耐磨性。
【具體實施方式】
[0018]下面對本發明做進一步詳細說明。一種用于鋁合金表面的復合溶膠涂料，其特征在于:它由有機硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液、有機聚合引發劑和溶劑組成;有機硅氧烷占復合溶膠涂料的體積百分比為20%?80%;金屬醇鹽催化劑占復合溶膠涂料的體積百分比為2%?10% ;紫外活性溶液占復合溶膠涂料的體積百分比為2%?8% ;有機聚合引發劑占復合溶膠涂料的體積百分比為0.1%?2%;余量為溶劑;所述的有機硅氧烷是下列物質其中之一或者它們的混合物:2-(3，4_環氧環己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4_環氧環己烷基)乙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、Ν-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基甲基二乙氧基硅烷、1，2_雙(三甲氧基硅基)乙烷、1，2_雙(三乙氧基硅基)乙烷、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯;所述的金屬醇鹽是正丁醇鈦、異丁醇鈦、異丙醇鈰、正丁醇釔、異丁醇釔、正丙醇鋯、異丙醇鋯;所述的催化劑是乙酸、乙二酸、檸檬酸或乙酰丙酮;所述的紫外活性溶液是氯金酸溶液或氯鉑酸溶液;所述的有機聚合引發劑是下列物質其中之一或者它們的混合物:甲基咪唑、二亞甲基三胺、乙二胺、Ν-胺基乙基-哌嗪、偶氮二異丁氰;所述的溶劑是下列物質其中之一或者它們的混合物:甲醇、乙醇、丙醇、去離子水。
[0019]如上面所述的復合溶膠涂料的合成方法，其特征在于:制備的步驟是:
[0020]1、備料:按照比例量取有機硅氧烷、金屬醇鹽、催化劑、紫外活性溶液和溶劑；
[0021 ] 2、配制有機硅氧烷溶膠:將有機硅氧烷加入到溶劑中，加熱到10°C?50°C，攪拌至少lh;
[0022]3、配制金屬醇鹽溶膠:首先將催化劑加入到溶劑中，再加入金屬醇鹽，攪拌至少lh；
[0023]4、混合有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠:混合有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠，攪拌至少2h;然后靜置老化48h?72h;
[0024]5、配制紫外活性溶液:將氯金酸或氯鉑酸加入到乙醇中，攪拌至少2h;
[0025]6、配制復合溶膠涂料:將有機聚合引發劑、紫外活性溶液加入到有機硅氧烷溶膠和金屬醇鹽溶膠混合溶膠中，攪拌至少lh。
[0026]采用如上面所述的復合溶膠涂料進行涂覆的方法，其特征在于:涂覆的步驟是:
[0027]1、清洗鋁合金工件上的待涂覆表面:采用丙酮或乙醇清洗鋁合金工件上的待涂覆表面，保證表面水膜連續30s以上，然后采用潔凈的壓縮空氣吹干；
[0028]2、涂覆涂料:采用浸涂法，將鋁合金工件浸漬于復合溶膠涂料中，浸漬時間為
0.5min?lOmin，取出招合金工件在室溫條件下干燥60min?120min，或在60°C?80°C的鼓風式空氣烘箱中干燥lOmin?20min;按照上述方法重復涂覆1?4次；
[0029]3、涂層干燥:將涂覆后的鋁合金工件放入60°C?80°C的鼓風式空氣烘箱中干燥60min?180min，然后取出在紫外光下照射10s?60s，紫外光的光譜為350nm?450nm;招合金工件到紫外燈的距離為5cm?20cm;最后放入100°C?120°C的鼓風式空氣烘箱中干燥30min?60mino
[0030]實施例1
[0031]1)鋁合金試樣前處理
[0032]鋁合金試樣的前處理采用航空工業標準HB/Z 233-1993《鋁及鋁合金硫酸陽極氧化工藝》中的規定進行。<